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Engineering chromatin to boost CRISPR-Cas9 gene editing efficiency for gene therapy in human cells

Applicant Koren-Hauer Shany
Number 190740
Funding scheme Spark
Research institution Friedrich Miescher Institute for Biomedical Research
Institution of higher education Institute Friedrich Miescher - FMI
Main discipline Molecular Biology
Start/End 01.03.2020 - 30.09.2020
Approved amount 81'200.00
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All Disciplines (3)

Discipline
Molecular Biology
Cellular Biology, Cytology
Pharmacology, Pharmacy

Keywords (7)

Small Molecules; CRISPR-Cas9; Gene Therapy; Homology Directed Repair; Chromatin; Chromatin Accessibility; Gene Editing

Lay Summary (German)

Lead
CRISPR-Cas9 ist eine bahnbrechende Gentechnologie, welche die gezielte und kontrollierte Veränderung einzelner DNA-Bausteine unseres Erbgutes ermöglicht. Es birgt das Potential bisher unheilbare Erbkrankheiten zu behandeln. Die Korrektur von Mutationen in menschlichen Zellen ist jedoch bislang weitgehend ineffizient. Wir entwickeln Mittel, um die Effizienz des CRISPR-Cas9 Systems zu erhöhen und leisten einen Beitrag zur Etablierung dieser Technologie in der Gentherapie.
Lay summary
Gentherapie mittels des CRISPR-Cas9 Systems eröffnet revolutionierende Möglichkeiten zur gezielten Korrektur krankheitserregender Mutationen in menschlichen Zellen und lässt dabei auf Behandlung bislang unheilbarer, genetischer Erkrankungen hoffen. CRISPR-Cas9 erlaubt gezieltes Schneiden und Umschreiben („Editieren“) von DNA-Bausteinen unseres Erbgutes. Während das Ausschneiden eines Genes noch verhältnismäßig einfach ist, stellt die geringe Effizienz bei der exakten Wiederherstellung eines mutierten Gens in den gesunden Zustand eine entscheidende Hürde da. Daher entwickeln wir eine Methode, bei der das Erbgut der menschlichen Zellen transient zugänglicher gemacht wird für die CRISPR-Cas9 Komponenten. Dadurch erhöhen wir die Effizienz der Gen-Korrektur. Setzt man das Editieren eines Gens dem Durchtrennen eines Metalldrahtes mit einer handelsüblichen Schere gleich, wird es zwar gelingen, jedoch stets ineffektiv bleiben. Unser Forschungsvorhaben zielt darauf ab, den Metalldraht in Garn umzuwandeln. In unserem neuartigen Ansatz identifizieren wir neue Faktoren mittels Hochdurchsatzmethoden, die Chromatin Struktur vorübergehend ändern und somit das Erbgut entfalten. Wir testen diese auf Effizienz bei der CRISPR-Cas9 Gen-Editierung in zellulären Assays. Mit diesem Ansatz konnten wir bereits interessante phamakologische Kandidaten identifizieren. Mit Hilfe von SPARK SNF funding werden wir diese Kandidaten validieren und auf Zelltoxizität und genetische „off-target“ Effekte testen. Sollte sich unser Ansatz in menschlichen Zellen bewähren, hat unsere Methode ein hohes Potential einen wichtigen Beitrag zur Etablierung von CRISPR-Cas9 in der Gentherapie zu leisten.
Direct link to Lay Summary Last update: 14.02.2020

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Abstract

We are developing means to boost gene editing efficiency through transient changes in chromatin structure. In a bottom-up approach, we are using high-throughput methods to identify novel factors that transiently change chromatin structure and test these for gene editing and DNA repair efficiency in cellular assays. We hypothesize that transiently changing chromatin architecture through destabilization of core histones or by other means of chromatin de-compaction positively impacts HDR rates during genome editing. Our approach is first-in-kind and harnesses a previously unappreciated pathway to render the cell’s genome more accessible for editing & repair. We recently concluded our first two complementary small molecule screens for core histone stability and seek short-term bridging funding to validate and pressure test promising hits for gene editing enhancement in a customized CRISPR-repair assay. If proven successful, this would provide us with the necessary data to device a strong grant application for continuation funding and open the door towards a novel and previously unappreciated class of epigenetic drugs targeting chromatin structure through core histone proteins and their dynamic assembly into nucleosomes.
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